Étude de cas :
L’optique laser pour les soins de la peau

L'optique laser dans le détatouage

Un tatouage est une marque ou un dessin permanent de pigment injecté dans le derme de la peau, la couche de tissu dermique située sous l'épiderme. Cette couche d'encre dense est plus importante que ce que le système immunitaire peut éliminer, et elle s'incruste donc sous la limite entre le derme et l'épiderme (Figure 1). Pour enlever un tatouage, les plus grosses particules d'encre doivent être fragmentées en morceaux suffisamment petits pour que le phagocyte/macrophage, un type de globule blanc, puisse les engloutir, les transporter dans les tissus et les éliminer via le système d'évacuation. La lumière laser pulsée est un moyen de fragmenter les particules d'encre (Figure 2).

Figure 1 : Les particules d'encre de tatouage situées dans le derme de la peau peuvent être fragmentées par un laser en morceaux suffisamment petits pour que le corps puisse les éliminer naturellement.

Figure 2 : Ce schéma montre une disposition typique d'un laser à l’état solide pompé par un second laser à l’état solide avec un commutateur Q et des éléments de conversion de fréquence, qui est couramment utilisé pour l'élimination des tatouages.

Les systèmes laser esthétiques varient en fonction du milieu de gain, de la longueur d'onde, de l'intensité et de la durée des impulsions, selon l'application et la précision requises pour un traitement donné. Les milieux de gain, les sources de pompage et les matériaux de commutation de mode sont souvent interchangés pour obtenir le faisceau de sortie souhaité pour une application particulière.

Figure 2 montre un exemple de système laser utilisé pour le détatouage. Dans cette configuration, un laser à l’état solide est utilisé pour pomper un autre laser à l’état solideLasers qui utilisent un milieu de gain solide tel qu'un verre ou un matériau cristallin dopé avec des éléments de terres rares pour fournir les états d'énergie nécessaires à l'effet laser. Le mécanisme de pompage est le rayonnement d'une source lumineuse puissante, telle qu'une lampe flash.. Le premier laser représenté a un milieu de gain en cristal d'alexandrite et est pompé par une ou plusieurs lampes flash. La première cavité laser comprend un miroir à réflectivité élevée et un miroir coupleur de sortie.²

Le coupleur de sortie est un miroir partiellement réfléchissant, qui peut être plat ou incurvé, et permet de libérer une partie de la puissance circulante intracavité de la première cavité laser. Le second laser à l'état solide est un laser néodyme-YAG (Nd:YAG) à terres rares qui est pompé par une partie du faisceau de sortie initial de 755 nm. La cavité du laser Nd:YAG comporte un miroir de pompe à haute réflexion et un miroir de couplage de sortie de 1064 nm.

Dans certains systèmes, les milieux de gain du laser à l’état solide peuvent être directement traités aux deux extrémités avec des revêtements aux propriétés de transmission et de réflexion appropriées pour former des miroirs de pompe réfléchissants et de couplage de sortie.

Dans cet exemple, la cavité du laser Nd:YAG comprend un élément Cr:YAG à Commutation qTechnique pour obtenir des impulsions énergétiques courtes (mais pas ultracourtes) d'un laser en modulant les pertes intracavité.. D'autres configurations peuvent utiliser une cellule de PockelsDispositif électro-optique construit à partir d'un cristal auquel sont fixées des électrodes utilisées pour moduler un faisceau laser. Le retard de phase d'un laser traversant le cristal est modulé par l'application d'une tension électrique variable, qui provoque une biréfringence. Le changement est linéairement proportionnel au champ électrique, ce qui est connu comme l'effet Pockels. ou une cellule de KerrDispositif électro-optique construit à partir d'un cristal auquel sont fixées des électrodes utilisées pour moduler un faisceau laser. Le retard de phase d'un laser traversant le cristal est modulé par l'application d'une tension électrique variable, qui provoque une biréfringence. Le changement est proportionnel au carré du champ, ce qui est connu comme l'effet Kerr. pour contrôler la durée de l'impulsion.³ Un cristal doubleur de fréquenceÉgalement connu sous le nom de génération de second harmonique. Une onde lumineuse d'entrée (pompe) peut générer une autre onde avec une fréquence optique double de l'originale dans certains matériaux non linéaires. KTP est positionné dans le chemin pour absorber le deuxième faisceau de sortie afin de générer un troisième faisceau de sortie à 532 nm.²

L'utilisation de l'alexandrite et du Nd:YAG en tant que lasers à l'état solide à commutation q dans la configuration illustrée à la Figure 2 permet de les utiliser ensemble dans un seul système. À titre d'exemple, en raison de l'absorption optique différente des diverses couleurs de pigments de tatouage, un laser alexandrite peut éliminer les tatouages bleus, violets et verts, tandis qu'un laser Nd:YAG peut éliminer les tatouages noirs. La seconde harmonique d'un laser Nd:YAG, 532 nm, peut éliminer les tatouages rouges, orange et jaunes.⁴ Cependant, comme les longueurs d'onde des lasers alexandrite et Nd:YAG ont une absorption optique différente dans la mélanine, un laser alexandrite, à environ 755 nm, peut être meilleur pour traiter les patients à la peau claire, tandis qu'un laser Nd:YAG, à environ 1064 nm, peut être meilleur pour les patients à la peau foncée.   

En surface : Traitements de la peau au laser

Certains traitements de la peau nécessitent une méthode laser ablative. Les lasers ablatifs vaporisent les tissus et sont donc plus agressifs que les lasers non ablatifs, plus doux, qui laissent la peau intacte⁶ La pièce à main utilisée peut comporter un système de refroidissement pour minimiser les lésions thermiques des tissus entourant la région cible (Figure 5). Le refroidissement peut inclure un refroidissement par conduction, un refroidissement par vaporisation, un refroidissement par flux d'air convectif, ou une combinaison de ces éléments. La Figure 5 est une vue en coupe d'un embout de pièce à main avec un mécanisme de refroidissement par flux d'air et une fenêtre en verre en contact avec la peau du patient.⁷

Figure 5 : Système de refroidissement par flux d'air pour une installation de laser ablatif

Les chirurgiens plasticiens, les dermatologues et leurs patients recherchent en permanence des méthodes nouvelles et améliorées pour traiter les effets du vieillissement de la peau. L'une de ces méthodes consiste à utiliser une forme de faisceau non uniforme, ou fractionnée. Les lasers non fractionnés agissent sur l'ensemble de la surface projetée de la peau, tandis que les lasers fractionnés ciblent plusieurs parties de la surface projetée, réparties de manière égale.

Pour ce faire, le faisceau de sortie de la source laser est couplé à un système optique qui modifie le faisceau pour produire un faisceau de grand diamètre avec un profil énergétique non uniforme. Le faisceau est composé de plusieurs zones de haute intensité entourées de zones de plus faible intensité à l'intérieur du faisceau de traitement. Différentes configurations d'un faisceau de fibres, d'un réseau de lentilles diffractives ou réfractives et de lentilles axicon peuvent être utilisées pour produire des faisceaux de sortie à énergie non uniforme. Une telle configuration est illustrée dans l'embout de la pièce à main de la Figure 5, tandis que la Figure 6 montre comment un élément diffractif et une lentille peuvent être combinés pour créer un réseau de points focaux.

Figure 6 : Génération conceptuelle de points à partir d'un séparateur de faisceau diffractif et d'une lentille

Un exemple d'application des lasers fractionnés non ablatifs est le rajeunissement de la peau. Les zones d'intensité plus élevée chauffent des parties sélectionnées du tissu cible à des températures suffisantes pour un premier traitement (par exemple, la contraction du collagène), tandis que les zones d'intensité plus faible fournissent suffisamment d'énergie au tissu environnant pour un second traitement. Cela stimule le collagène pour qu'il se régénère et « comble » les vallées pour une peau d'apparence plus jeune et plus claire (Figure 7). Une grande surface de tissu, généralement de 7 à 10 mm de diamètre, peut être traitée simultanément, tout en minimisant le risque de brûlure ou d'autres dommages à la peau.⁷  

Figure 7 : Faisceau fractionné utilisé dans le rajeunissement de la peau pour stimuler le collagène.